Co-treatment with interferon-ν and 1-methyl tryptophan ameliorates cardiac fibrosis through cardiac myofibroblasts apoptosis

Abstract

Background: Cardiac remodeling characterized by cardiac fibrosis is a pathologic process occurring after acute myocardial infarction. Fibrosis can be ameliorated by interferon-gamma (IFN-γ) which is a soluble cytokine showing various effects such as anti-fibrosis, apoptosis, anti-proliferation, immunomodulation, and anti-viral activities. However, the role of IFN-γ in cardiac myofibroblasts is not well established. Therefore, we investigated the anti-fibrotic effects of IFN-γ in human cardiac myofibroblasts (hCMs) in vitro and whether indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), induced by IFN-γ and resulting in cell cycle arrest, plays an important role in regulating the biological activity of hCMs. Methods: After IFN-γ treatment, cell signaling pathways and DNA contents were analyzed to assess the biological activity of IFN-γ in hCMs. In addition, an IDO inhibitor (1-methyl tryptophan; 1-MT) was used to assess whether IDO plays a key role in regulating hCMs. Results: IFN-γ significantly inhibited hCM proliferation, and IFN-γ-induced IDO expression caused cell cycle arrest in G0/G1 through tryptophan depletion. Moreover, IFN-γ treatment gradually suppressed the expression of α-smooth muscle actin. When IDO activity was inhibited by 1-MT, marked apoptosis was observed in hCMs through the induction of interferon regulatory factor, Fas, and Fas ligand. Conclusions: Our results suggest that IFN-γ plays key roles in anti-proliferative and anti-fibrotic activities in hCMs and further induces apoptosis via IDO inhibition. Co-treatment with IFN-γ and 1-MT can ameliorate fibrosis in cardiac myofibroblasts through apoptosis.

배경: 심장 재형성은 심근섬유화를 특징으로 하는데, 이는 급성심근경색 후 일어나는 병적인 과정이다. 섬유화 과정은 인터페론 감마에 의해 약화되는데, 인터페론 감마는 항섬유화, 세포사멸, 항증식, 면역조절, 항바이러스 효과와 같이 다양한 효과를 보여주는 용해성 사이토카인이다. 하지만, 인터페론 감마가 심장 섬유모세포에 어떤 역할을 하고 있는지는 잘 알려져 있지 않다. 따라서, 이 연구는 실험실에서 인터페론 감마가 사람의 심장 섬유모세포에 항섬유화 역할을 하는지를 알아보고자 하였다. 또한, indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO)가 인터페론 감마에 의해 유도되고 세포 주기의 정지를 유발하는지, 그리고 심근 섬유모세포의 생물학적 활동성을 조절하는데 중요한 역할을 하는지를 알아보고자 하였다. 연구방법: 인터페론 감마를 처리한 후에 심근섬유모세포의 생물학적 활동성을 평가하기 위해서, 신호전달 경로와 DNA 성분을 분석하였다. 또한 IDO 억제제인 1-methyl tryptophan (1-MT)을 처리하여 IDO가 심근 섬유모세포를 조절하는 주요 역할을 알아보고자 하였다. 결과: 인터페론 감마는 심근 섬유모세포의 증식을 유의하게 억제시켰다. 인터페론 감마에 의해 유도된 IDO 발현은 세포 주기 중 G0/G1 주기의 정지를 유발했으며, 이는 트립토판 고갈을 통해 일어났다. 또한, 인터페론 감마 처리 후 α-smooth muscle actin의 발현이 점점 억제되었다. 1-MT로 IDO의 활성을 억제했을 때, 섬유모세포의 세포사멸이 눈에 띄게 관찰되었으며, 이것은 interferon regulatory factor, Fas, and Fas ligand 의 발현을 통해 일어났다. 결론: 인터페론 감마는 사람의 심근 섬유모세포의 증식과 섬유화를 억제하는데 중요한 역할을 하였고, 나아가 IDO 억제를 통한 세포 사멸을 유도하였다. 또한 인터페론 감마와 1-MT를 함께 처리함으로써 심근 섬유모세포의 세포사멸을 유도하였고 이를 통해 섬유화를 약화시킬 수 있었다.